Rancang Bangun Sistem Autotracking Untuk Antena Unidirectional Frekuensi 2.4 Ghz Dengan Menggunakan Mikrokontroler Arduino

TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN SISTEM AUTOTRACKING UNTUK ANTENA UNIDIRECTIONAL FREKUENSI 2.4 GHZ DENGAN

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO

Diajukan untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam menyelesaikan Pendidikan Sarjana (S-1) pada Departemen Teknik Elektro

Oleh

Ryandika Afdila NIM : 100402044

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

LEMBAR PENGESAHAN TUGAS AKHIR

RANCANG BANGUN SISTEM AUTOTRACKING UNTUK ANTENA UNIDIRECTIONAL FREKUENSI 2.4 GHZ DENGAN

MENGGUNAKAN MIKROKONTROLER ARDUINO

Disusun Oleh :

RYANDIKA AFDILA 100402044

Disetujui Oleh : Pembimbing Tugas Akhir

Ir. ARMAN SANI, M.T NIP. 19631128 199103 1 003

Diketahui Oleh :

Ketua Departemen Teknik Elektro FT USU

Ir. SURYA TARMIZI KASIM, M.Si. NIP. 19540531 198601 1 002

DEPARTEMEN TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

i

ABSTRAK

Pengamatan cuaca pada kondisi vertikal atmosfer sangat diperlukan oleh Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional. Pengamatan ini dilakukan dengan cara menerbangkan muatan (payload) yang terdiri dari berbagai sensor untuk pengamatan cuaca. Muatan kemudian akan mengirimkan informasi ke stasiun penerima melalui frekuensi komunikasi 2.4 GHz. Agar komunikasi antara muatan dengan stasiun penerima dapat terjalin dengan baik, maka stasiun penerima harus selalu terarah ke muatan. Oleh karena itu, diperlukan sebuah sistem yang dapat mendeteksi posisi muatan lalu mengarahkan antena stasiun penerima ke arah muatan tersebut.

Dalam Tugas Akhir ini dibahas perancangan sistem autotracking untuk antena unidirectional dengan frekuensi operasi 2.4 GHz yang memungkinkan antena stasiun penerima senantiasa terarah ke muatan sehingga komunikasi antara muatan dengan stasiun penerima dapat terjalin dengan baik. Dari pengujian langsung di Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Departemen Teknik Elektro Universtas Sumatera Utara, diperoleh nilai RSSI rata-rata adalah 156.8, 157, dan 156.6 untuk sudut hadap antena 400, 900 dan 1400 terhadap muatan dan kesalahan pengarahan rata-rata dari sistem tracking yang dirancang adalah < 90.

ii

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Allah SWT atas berkah dan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul:

“RANCANG BANGUN SISTEM AUTOTRACKING UNTUK ANTENA

UNIDIRECTIONAL FREKUENSI 2.4 GHZ DENGAN MENGGUNAKAN

MIKROKONTROLER ARDUINO”

Tugas Akhir ini merupakan bagian dari kurikulum yang harus diselesaikan untuk memenuhi persyaratan menyelesaikan pendidikan Sarjana Strata Satu (S-1) di Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

Tugas Akhir ini penulis persembahkan kepada yang teristimewa, yaitu Ayahanda Yarmen Dinamika dan Ibunda Nur Akla, yang telah membesarkan, mendidik dan selalu mendoakan penulis tanpa mengenal rasa lelah. Kemudian ucapan terimakasih kepada Bapak Djakfar M. Adam yang selalu membimbing dan memotivasi kepada penulis. Selanjutnya rasa sayang kepada saudara-saudari penulis, Ridha Fardhila dan Syasya Fakhira Nazila yang selalu memberi dukungan dan selalu bersama penulis dalam menjalani lika-liku kehidupan.

Selama penulis menjalani pendidikan di kampus hingga terselesaikannya Tugas Akhir ini, penulis banyak menerima bantuan, bimbingan serta dukungan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terimakasih yang tulus dan sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Ir. Arman Sani,MT, selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir penulis yang bersedia dan senantiasa bersabar dalam membimbing dan

iii memberikan bantuan yang sangat dibutuhkan oleh penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

2. Bapak Ir. Masykur Sjani, selaku Dosen Wali penulis yang membimbing dan mengarahkan penulis sampai menyelesaikan pendidikan di kampus USU.

3. Bapak Ir. Surya Tarmizi Kasim,M.Si, selaku Ketua Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Bapak Rahmad Fauzi, ST, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Seluruh Staf Pengajar yang telah memberikan bekal ilmu kepada penulis dan Staf Pegawai di Departemen Teknik Elektro FT-USU.

6. Seluruh sahabat penulis, Hamdan, Kharis, Rhobby, Irsyad, Ipin, Duha, Dicky, Ilham, Risky, Lutphi, Djaka, Andika, Najwi, Eden, Hendra, Adi, Rimbo, Yahya, Dila, Agus, Benny, Dewi, Dwi, Puti, Yola, Tari, Molen, Riky, Ranzys, Windy, Fatih, Fadhlan dan teman-teman stambuk 2010 lainnya, atas kebersamaan dan dukungan yang diberikan selama penulis bergelut di kampus.

7. Seluruh senior dan junior di Departemen Teknik Elektro, atas dukungan dan bantuan yang diberikan kepada penulis.

8. Sahabat-Sahabat Fatih 3rd generation, teman seperjuangan yang mengajarkan penulis arti hidup dan arti sebuah persahabatan. Semoga kita bertemu di satu nama, yaitu Kesuksesan.

9. Keluarga Besar MME-GS FT USU, dan Keluarga Besar Kost Tri Dharma 150. Teruslah berkarya.

iv 10. Semua orang yang pernah mengisi setiap detik waktu yang telah dilalui bersama penulis yang tidak dapat disebutkan satu per satu. Tanpa mereka, pengalaman penulis tidaklah lengkap.

Penulis menyadari bahwa Tugas Akhir ini masih jauh dari kata sempurna. Kritik dan saran dari pembaca untuk menyempurnakan Tugas Akhir ini sangat penulis harapkan.

Kiranya Tugas Akhir ini dapat bermanfaat bagi kita semua. Terimakasih.

Medan, Maret 2015 Penulis

v

DAFTAR ISI

ABSTRAK ... i

KATA PENGANTAR ... ii

DAFTAR ISI ... v

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 1

1.3 Tujuan ... 2

1.4 Pembatasan Masalah ... 2

1.5 Metode Penelitian ... 2

1.6 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TEORI DASAR ... 5

2.1 Umum ... 5

2.2 Gelombang Elektromagnetik ... 5

2.3 Pengertian Antena ... 7

2.4 Parameter Karakteristik Antena ... 7

2.4.1 Direktivitas Antena ... 8

2.4.2 Gain Antena ... 8

2.4.3 Pola Radiasi Antena ... 10

vi

2.4.5 Bandwidth Antena ... 12

2.4.6 Impedansi Antena ... 13

2.4.7 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR) ... 13

2.5 Antena Unidirectional ... 14

2.6 Pointing Antena ... 15

2.7 Motor Servo ... 16

2.8 Regulator Tegangan ... 19

2.8.1 IC LM7805 ... 20

2.8.2 IC LM1117 ... 21

BAB III PERANCANGAN SISTEM AUTOTRACKING UNTUK ANTENA YAGI FREKUENSI 2.4 GHZ... 22

3.1 Umum ... 22

3.2 Langkah Pengerjaan Sistem Tracking Untuk Antena Yagi 2.4 GHz 22 3.3 Gambaran Umum Sistem ... 24

3.4 Tracking Antena ... 24

3.5 Alat Pengendali Antena ... 25

3.5.1 Arduino Mega2560 ... 26

3.5.2 Motor Servo ... 26

3.6 Modul Radio XBEE PRO S2B ... 28

3.7 RSSI (Received Signal Strength Indicator) ... 30

3.8 Perancangan Perangkat Keras ... 31

3.9 Perancangan Perangkat Lunak ... 33

vii

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM ... 36

4.1 Umum ... 36

4.2 Hasil Pengujian Sistem ... 37

4.2.1 Muatan Pada Posisi 400 dari Antena ... 37

4.2.2 Muatan Pada Posisi 900 dari Antena ... 39

4.2.3 Muatan Pada Posisi 1400 dari Antena ... 40

4.3 Analisis Data ... 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 43

5.1 Kesimpulan ... 43

5.2 Saran ... 43

DAFTAR PUSTAKA ... xi

viii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima ... 7

Gambar 2.2 Sistem Koordinat Untuk Menganalisis Antena ... 10

Gambar 2.3 Beamwidth Antena ... 11

Gambar 2.4 Bandwidth Antena ... 12

Gambar 2.5 Antena Yagi-Uda ... 14

Gambar 2.6 Sudut Elevasi dan Azimut ... 15

Gambar 2.7 Skema Kesalahan Pointing Antena Pengirim dan Penerima.... 16

Gambar 2.8 Motor Servo ... 16

Gambar 2.9 Komponen Penyusun Motor Servo……….. 17

Gambar 2.10 Motor DC Brushless... 18

Gambar 2.11 Bentuk Dasar Motor DC Brushless Dengan Rangkaian Pengendali………. 18

Gambar 2.12 Perputaran Motor DC Brushless………... 19

Gambar 2.13 IC LM7805……… 20

Gambar 2.14 Diagram Blok IC LM7805……… 21

Gambar 2.15 IC LM1117……… 21

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Sistem Tracking Antena Yagi 2.4 GHz……… 23

Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Tracking Antena Yagi... 24

Gambar 3.3 Arduino Mega2560... 26

Gambar 3.4 Pulsa Sinyal Kontrol untuk Motor Servo……….. 27

Gambar 3.5 Modul Radio Xbee Pro S2B 2.4 GHz ... 28

ix

Gambar 3.7 Rangkaian Untuk Sistem Tracking... 31

Gambar 3.8 Alat Tracking Muatan Menggunakan Antena Yagi………… . 32

Gambar 3.9 Muatan Sistem Tracking………. 33

Gambar 3.10 Diagram Alir Perangkat Lunak Sistem Tracking……….. 34

Gambar 4.1 Skema Pengujian Sistem Autotracking Untuk Antena Unidirectional 2.4 GHz ... 36

Gambar 4.2 Pengarahan Antena Untuk Muatan Pada Sudut 400…………. 37

Gambar 4.3 Hasil Pengujian Sistem Autoracking Pada Sudut 400 ... 38

Gambar 4.4 Grafik Pengujian Sistem Autotracking Pada Posisi 400 ... 38

Gambar 4.5 Pengarahan Antena Untuk Muatan pada sudut 900 ... 39

Gambar 4.6 Hasil Pengujian Sistem Autoracking Pada Sudut 900 ... 39

Gambar 4.7 Grafik Pengujian Sistem Autotracking Pada Posisi 900 ... 40

Gambar 4.8 Pengarahan Antena Untuk Muatan Pada Sudut 1400 ... 40

Gambar 4.9 Hasil Pengujian Sistem Autoracking Pada Sudut 1400 ... 41 Gambar 4.10 Grafik Pengujian Sistem Autotracking Pada Posisi 1400……. 41

x

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Radio ... 6 Tabel 3.1 Konfigurasi Pin Modul Radio Xbee Pro S2B……….. 29 Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sistem Autotracking Muatan Pada Posisi 400 38 Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sistem Autotracking Muatan Pada Posisi 900 40 Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sistem Autotracking Muatan Pada Posisi 1400 ₄₁

i

ABSTRAK

Pengamatan cuaca pada kondisi vertikal atmosfer sangat diperlukan oleh Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional. Pengamatan ini dilakukan dengan cara menerbangkan muatan (payload) yang terdiri dari berbagai sensor untuk pengamatan cuaca. Muatan kemudian akan mengirimkan informasi ke stasiun penerima melalui frekuensi komunikasi 2.4 GHz. Agar komunikasi antara muatan dengan stasiun penerima dapat terjalin dengan baik, maka stasiun penerima harus selalu terarah ke muatan. Oleh karena itu, diperlukan sebuah sistem yang dapat mendeteksi posisi muatan lalu mengarahkan antena stasiun penerima ke arah muatan tersebut.

Dalam Tugas Akhir ini dibahas perancangan sistem autotracking untuk antena unidirectional dengan frekuensi operasi 2.4 GHz yang memungkinkan antena stasiun penerima senantiasa terarah ke muatan sehingga komunikasi antara muatan dengan stasiun penerima dapat terjalin dengan baik. Dari pengujian langsung di Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Departemen Teknik Elektro Universtas Sumatera Utara, diperoleh nilai RSSI rata-rata adalah 156.8, 157, dan 156.6 untuk sudut hadap antena 400, 900 dan 1400 terhadap muatan dan kesalahan pengarahan rata-rata dari sistem tracking yang dirancang adalah < 90.

1 BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Pengamatan cuaca pada kondisi vertikal atmosfer sangat diperlukan oleh Lembaga Penerbangan dan Antariksa Nasional. Pengamatan ini dilakukan dengan cara menerbangkan muatan (payload) yang terdiri dari berbagai sensor untuk pengamatan cuaca. Agar komunikasi antara muatan dengan stasiun penerima dapat terjalin dengan baik, maka antena stasiun penerima harus selalu terarah ke muatan. Hal ini menjadi masalah karena posisi muatan yang selalu berubah-ubah. Oleh karena itu, diperlukan sebuah sistem yang dapat mendeteksi posisi muatan lalu mengarahkan antena stasiun penerima ke arah muatan.

Dalam Tugas Akhir ini dirancang sistem autotracking untuk antena unidirectional dengan frekuensi operasi 2.4 GHz yang memungkinkan antena penerima senantiasa mengarah ke arah muatan. Adapun parameter-parameter yang akan diamati adalah kuat sinyal yang diterima dan akurasi pengarahan antena.

1.2 Perumusan Masalah

Adapun rumusan masalah dari Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: 1. Bagaimana merancang agar antena stasiun penerima dapat senantiasa

terarah ke muatan sehingga stasiun penerima dapat menerima data yang dikirimkan oleh muatan dengan baik.

2

2. Bagaimana cara menggerakkan antena stasiun penerima secara otomatis ke arah muatan ketika posisi muatan berubah sehingga kuat sinyal penerimaan dapat tetap dipertahankan mendekati konstan.

3. Berapa besar kesalahan pengarahan dari antena penerima terhadap posisi muatan.

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penulisan Tugas Akhir ini adalah merancang bangun sistem autotracking pada antena unidirectional yang mempunyai frekuensi operasi 2.4 GHz dengan menggunakan Arduino sebagai sistem kontrolnya agar dapat mendeteksi dan mengarahkan antena stasiun penerima ke muatan secara akurat.

1.4 Pembatasan Masalah

Pembatasan masalah yang dilakukan dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut:

1. Antena yang digunakan adalah antena Yagi dengan frekuensi operasi 2.4 GHz.

2. Modul radio yang digunakan adalah Xbee Pro S2B 2.4 GHz. 3. Motor penggerak yang digunakan adalah motor servo.

4. Pengukuran dilakukan pada Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara.

3 1.5 Metode Penelitian

Metodelogi penulisan Tugas Akhir ini yang digunakan oleh penulis dalam penulisan Tugas Akhir ini adalah:

1. Studi literatur.

Dengan membaca teori-teori yang berkaitan dengan topik Tugas Akhir yang terdiri dari buku-buku referensi baik yang dimilki oleh penulis atau dari perpustakaan dan juga dari artikel-artikel, jurnal, layanan internet, dan lain-lain.

2. Pemilihan peralatan kontrol.

Memilih peralatan kontrol yang sesuai untuk kondisi yang bersangkutan sehingga didapatkan hasil yang diinginkan.

3. Perancangan.

Merancang sistem autotracking sinyal untuk antena Yagi melalui perhitungan terlebih dahulu, lalu membangun sistem tersebut.

4. Ujicoba dan analisa.

Melakukan ujicoba terhadap sistem autotracking untuk antena Yagi yang telah dibangun dan melakukan analisa.

5. Menarik kesimpulan.

1.6 Sistematika Penulisan

Untuk memudahkan pemahaman terhadap Tugas Akhir ini maka penulis menyusun sistematika penulisan sebagai berikut :

4 BAB I : PENDAHULUAN

Bab ini menguraikan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, tujuan penulisan, batasan masalah, metodologi penulisan, serta sistematika penulisan.

BAB II : TEORI DASAR

Bab ini berisi penjelasan tentang antena, parameter dasar antena, pointing antena, motor servo dan regulator tegangan.

BAB III : PERANCANGAN SISTEM AUTOTRACKING UNTUK ANTENA

YAGI FREKUENSI 2.4 GHZ

Bab ini menjelaskan tentang rancang bangun sistem autotracking antena Yagi untuk frekuensi kerja 2.4 GHz dengan menggunakan mikrokontroler Arduino.

BAB IV : PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM

Bab ini berisi hasil dan analisa dari pengujian sistem autotracking muatan menggunakan antena Yagi 2.4 GHz.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Bab ini berisi tentang kesimpulan dan saran dari hasil penelitian Tugas Akhir.

5

BAB II

TEORI DASAR

2.1 Umum

Kualitas suatu sistem komunikasi sangat ditentukan oleh kuat sinyal yang diterima. Salah satu cara agar sinyal dapat diterima secara maksimal adalah dengan mengarahkan antena penerima tepat ke antena pengirim. Pengarahan antena akan mudah dilakukan jika target yang dituju tetap atau tidak bergerak, kita hanya perlu mengetahui posisi target lalu mengarahkan antena ke posisi tersebut [1].

Jika target yang dituju dapat bergerak, maka diperlukan suatu sistem tracking untuk mengarahkan antena. Sistem tracking adalah suatu sistem yang memungkinkan antena penerima untuk mendeteksi antena pengirim lalu mengarahkan antena tersebut. Sistem tracking digunakan untuk mempertahankan level sinyal yang diterima pada level tertentu [2].

2.2 Gelombang Elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang mempunyai sifat listrik dan sifat magnet secara bersamaan. Gelombang radio merupakan bagian dari gelombang elektromagnetik pada spectrum frekuensi radio. Gelombang dikarakteristikkan oleh panjang gelombang dan frekuensi. Panjang gelombang (λ) memiliki hubungan dengan frekuensi (ƒ) dan kecepatan (ν) yang ditunjukkan pada Persamaan 2.1 [3].

6

(2.1) Kecepatan (ν) bergantung pada medium. Ketika medium rambat adalah hampa udara (free space), maka [3]:

v = c = 3 x 108 m/s (2.2)

Salah satu spektrum frekuensi gelombang elektromagnetik adalah gelombang radio. Pembagian spektrum frekuensi gelombang radio dapat ditunjukkan pada Tabel 2.1.

Tabel 2.1 Spektrum Frekuensi Gelombang Radio

Nama Band Singkatan Band

ITU Frekuensi (f)

Panjang Gelombang (λ)

Extremely Low

Frequency ELF 1 3-30 Hz

100.000 km - 10.000 km Super Low

Frequency SLF 2 30-300 Hz

10.000 km-1000 km Ultra Low

Frequency ULF 3 300 – 3000 Hz

1000 km – 100 km Very Low

Frequency VLF 4 3 – 30 KHz 100 km – 10 km

Low Frequency LF 5 30 – 300 KHz 10 km – 1 km Medium

Frequency MF 6 300 – 3000 KHz 1 km – 100 m High Frequency HF 7 3 – 30 MHz 100 m – 10 m

Very High

Frequency VHF 8 30 – 300 MHz 10 m – 1 m

Ultra High

Frequency UHF 9 300 – 3000 MHz 1 m – 100 mm Super High

Frequency SHF 10 3 – 30 GHz

100 mm – 10 mm Extremely High

7

2.3 Pengertian Antena

Antena adalah perangkat media transmisi wireless (nirkabel) yang memanfaatkan udara atau ruang bebas sebagai media penghantar. Antena mempunyai fungsi untuk merubah energi elektromagnetik terbimbing menjadi gelombang elektromagnetik ruang bebas (gelombang mikro) yang merupakan fungsi antena sebagai transmitter (Tx). Energi listrik dari transmitter dikonversi menjadi gelombang elektromagnetik dan oleh sebuah antena yang kemudian gelombang tersebut dipancarkan menuju udara bebas. Pada receiver (Rx) akhir gelombang elektromagnetik dikonversi menjadi energi listrik dengan menggunakan antena. Gambar 2.1 menunjukkan antena sebagai pengirim dan penerima.

Gambar 2.1 Antena Sebagai Pengirim dan Penerima

2.4 Parameter Karakteristik Antena

Parameter karakteristik antena digunakan untuk menguji atau mengukur performa antena yang akan digunakan. Berikut penjelasan beberapa parameter antena yang sering digunakan yaitu direktivitas antena, gain antena, pola radiasi antena, beamwidth antena, bandwidth antena, impedansi antena dan voltage standing wave ratio (VSWR).

Antena Antena

Tx Rx

8

2.4.1 Direktivitas Antena

Keterarahan dari suatu antena didefinisikan sebagai ”perbandingan antara intensitas radiasi maksimum dengan intensitas radiasi dari antena referensi isotropis”. Keterarahan dari sumber non-isotropis adalah sama dengan perbandingan intensitas radiasi maksimumnya di atas sebuah sumber isotropis[4]. Keterarahan pada antena secara umum dinyatakan dari Persamaan 2.3 [4]:

rad o

P U D ₁₀_log4 max

(2.3) Dimana :

Do = directivity (dB)

Umax = intensitas radiasi maksimum (watt) Prad = daya radiasi total (watt)

2.4.2 Gain Antena

Gain (directive gain) adalah karakter antena yang terkait dengan kemampuan antena mengarahkan radiasi sinyalnya atau penerimaan sinyal dari arah tertentu. Gain bukanlah kuantitas yang dapat diukur dalam satuan fisis pada umumnya seperti watt, ohm, atau lainnya, melainkan suatu bentuk perbandingan. Oleh karena itu, satuan yang digunakan untuk gain adalah decibel [4].

Gain dari sebuah antena adalah kualitas nyala yang besarnya lebih kecil daripada penguatan antena tersebut yang dapat dinyatakan dengan [5] :

9 Dimana :

k = efisiensi antena, 0 ≤ k ≤1

Gain antena dapat diperoleh dengan mengukur power pada main lobe dan membandingkan power-nya dengan power pada antena referensi. Gain antena diukur dalam satuan decibel. Decibel dapat ditetapkan dengan dua cara yaitu [4] :

a. Ketika mengacu pada pengukuran daya (power) (

) (2.5)

b. Ketika mengacu pada pengukuran tegangan (volt)

(

) (2.6)

Gain antena biasanya diukur relatif pada : 1) dBi (relatif pada radioator isotropic) 2) dBd (relatif pada radioator dipole)

Hubungan antara dBi dan dBd adalah sebagai berikut [5] :

0 dBd = 2,15 dBi (2.7)

Umumnya dBi digunakan untuk mengukur gain sebuah antena.

Gain dapat dihitung dengan membandingkan kerapatan daya maksimum antena yang diukur dengan antena referensi yang diketahui gainnya. Maka dapat dituliskan pada persamaan [4]:

10 Atau jika dihitung dalam nilai logaritmik dirumuskan oleh persamaan [4] :

Gt (dB) = [Pt(dBm) – Ps(dBm)] + Gs(dB) (2.9)

Dimana :

Gt = Gain total antena.

Pt = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena terukur (dBm). Ps = Nilai level sinyal maksimum yang diterima antena referensi (dBm). Gs = Gain antena referensi.

2.4.3 Pola Radiasi Antena

Pola radiasi dari sebuah antena didefinisikan sebagai fungsi matematis atau gambaran secara grafis dari karakteristik radiasi sebuah antena sebagai fungsi dari koordinat ruang. Pada kasus secara keseluruhan, pola radiasi dihitung/diukur pada medan jauh dan digambarkan kembali sebagai koordinat arah. Karakteristik radiasi mencakup rapat flux daya, intensitas radiasi, kuat medan, keterarahan/direktivitas, fasa atau polarisasi. Karakteristik radiasi yang menjadi pusat perhatian adalah distribusi energi radiasi dalam ruang 2 dimensi maupun 3 dimensi sebagai fungsi dari posisi pengamat di sepanjang jalur dengan jari-jari yang konstan. Contoh koordinat yang sesuai diperlihatkan pada Gambar 2.2 [4].

11

2.4.4 Beamwidth Antena

Beamwidth adalah besarnya sudut berkas pancaran gelombang frekuensi radio utama (main lobe) yang dihitung pada titik 3 dB menurun dari puncak lobe utama [5]. Besarnya beamwidth adalah sebagai berikut [6] :

(2.10)

Dimana :

B = 3 dB beamwidth (derajat) = frekuensi (GHz)

d = diameter antena (m)

Gambar 2.3 menunjukkan tiga daerah pancaran yaitu lobe utama (main lobe, nomor 1), lobe sisi samping (side lobe, nomor 2) dan lobe sisi belakang (back lobe, nomor 3).

Gambar 2.3Beamwidth Antena

Half Power Beamwidth (HPBW) adalah daerah sudut yang dibatasi oleh titik-titik setengah daya atau -3 dB atau 0.707 dari medan maksimum pada lobe

12 utama. First Null Beamwidth (FNBW) adalah besar sudut bidang diantara dua arah pada main lobe yang intensitas radiasinya nol.

2.4.5 Bandwidth Antena

Bandwidth suatu antena didefinisikan sebagai rentang frekuensi dimana kerja yang berhubungan dengan berapa karakteristik (seperti impedansi masukan, pola, beamwidth, polarisasi, gain, efisiensi, VSWR, return loss, axial ratio) memenuhi spesifikasi standar [4]. Gambar 2.4 menunjukkan bandwidth antena.

Gambar 2.4Bandwidth Antena

Dari Gambar 2.4 diketahui f1 adalah frekuensi bawah, f2 adalah frekuensi atas dan fc merupakan frekuensi tengah. Dengan melihat Gambar 2.4 bandwidth dapat dicari dengan menggunakan rumus berikut ini [5] :

(2.11)

Bandwidth yang dinyatakan dalam persen seperti ini biasanya digunakan untuk menyatakan bandwidth antena yang memiliki band sempit (narrow band). Sedangkan untuk band yang lebar (broad band) biasanya digunakan definisi rasio antara batas frekuensi atas dengan frekuensi bawah.

13

2.4.6 Impedansi Antena

Impedansi antena didefinisikan sebagai perbandingan antara medan elektrik terhadap medan magnetik pada suatu titik [4]. Dengan kata lain pada sepasang terminal maka impedansi antena bisa didefinisikan sebagai perbandingan antara tegangan terhadap arus pada terminal tersebut.

I V

Z_T  (2.12)

Dimana :

ZT = impedansi terminal V = beda potensial terminal I = arus terminal

2.4.7 Voltage Standing Wave Ratio (VSWR)

VSWR adalah perbandingan antara amplitudo gelombang berdiri (standing wave) maksimum (|V|max) dengan minimum (|V|min). Pada saluran transmisi ada dua komponen gelombang tegangan, yaitu tegangan yang dikirimkan (V0+) dan tegangan yang direfleksikan (V0-). Pebandingan tegangan yang direfleksikan dengan yang dikirimkan disebut sebagai koefisien refleksi tegangan (Γ) [4] :

(2.13)

di mana ZL adalah impedansi beban (load) dan Z0adalah impedansi saluran.

Rumus untuk mendari VSWR adalah [4] :

14 Kondisi yang baik adalah ketika VSWR bernilai 1, yang berarti tidak ada refleksi ketika saluran dalam keadaan matching sempurna. Namun, kondisi ini kenyataannya sulit diperoleh. Oleh karena itu, nilai standar VSWR yang diijinkan dalam perancangan antena adalah ≤ 2.

2.5 Antena Unidirectional

Antena unidirectional memancarkan dan menerima sinyal hanya dari satu arah. Antena unidirectional mempunyai kemampuan direktivitas yang lebih dibandingkan jenis– jenis antena lainnya. Kemampuan direktivitas ini membuat antena ini lebih banyak digunakan untuk koneksi jarak jauh. Dengan kemampuan direktivitas ini membuat antena mampu mendengar sinyal yang relatif kecil dan mengirimkan sinyal lebih jauh. Umumnya antena unidirectional mempunyai spesifikasi gain tinggi tetapi beamwidth kecil. Hal ini menguntungkan karena kecilnya beamwidth menyebabkan berkurangnya derau yang masuk ke dalam antena. Semakin kecil bidang tangkapan (aperture), semakin naik selektivitas antena terhadap sinyal wireless yang berarti semakin sedikit derau yang ditangkap oleh antena tersebut [7]. Beberapa macam antena unidirectional antara lain antena Yagi-Uda, antena parabola, antena helix, antena log-periodik, dan lain – lain. Gambar 2.5 salah satu jenis antena unidirectional yaitu antena Yagi-Uda.

15

2.6 Pointing Antena

Pointing merupakan sebuah tindakan mengarahkan antena pada bagian penerima ke antena pengirim. Pengarahan antena dapat dicapai dengan menggunakan sudut azimut (AZ) dan sudut elevasi (EL). Sudut azimut didefinisikan sebagai sudut yang dihasilkan dengan memutar sebuah sumbu tegak lurus dengan bidang horizontal searah putaran jarum jam, dengan arah utara sebagai titik referensi. Sudut elevasi adalah sudut yang dihasilkan dengan memutar sebuah sumbu yang sejajar dengan bidang horizontal, dengan bidang horizontal sebagai titik referensi [8]. Gambar 2.6 menunjukkan sudut elevasi dan sudut azimut.

Gambar 2.6 Sudut Elevasi dan Azimut

Pengarahan antena ini mempengaruhi besar daya yang diterima, karena semakin terarahnya suatu antena maka redaman akibat pengarahan juga semakin kecil. Rugi-rugi kesalahan pengarahan antena dapat dihitung dengan [9]:

LT = 12 (αT/θ3dB)2 dB (2.15)

16 Dimana:

LT = redaman akibat kesalahan pengarahan transmitter (dB) LR = redaman akibat kesalahan pengarahan receiver (dB) αT = kesalahan pengarahan (0

)

θ3dB = lebar berkas pada saat daya 50% (0)

Semakin kecil nilai αT dari suatu pointing, maka akan memperkecil redaman akibat kesalahan dari pengarahan antena. Gambar 2.7 menunjukkan skema kesalahan pointing dari antena pengirim dan penerima.

Gambar 2.7 Skema Kesalahan Pointing Antena Pengirim dan Penerima

2.7 Motor Servo

Motor servo adalah sebuah perangkat atau aktuator putar (motor) yang dirancang dengan sistem kontrol umpan balik loop tertutup (servo), sehingga dapat di atur untuk menentukan dan memastikan posisi sudut dari poros output motor. Gambar 2.8 menunjukkan motor servo.

17 Motor servo merupakan perangkat yang terdiri dari motor DC, serangkaian gear, rangkaian kontrol dan potensiometer [10]. Komponen di dalam motor servo dapat dilihat pada Gambar 2.9.

Gambar 2.9 Komponen Penyusun Motor Servo

Berdasarkan struktur mesin, ada dua jenis motor servo yaitu motor servo AC dan DC. Motor servo AC dapat menangani arus yang tinggi atau beban berat, sehingga sering diaplikasikan pada mesin-mesin industri. Sedangkan motor servo DC biasanya lebih cocok untuk digunakan pada aplikasi-aplikasi yang lebih kecil. Motor servo DC menggunakan motor DC brushless sebagai penggeraknya. Oleh karena itu, prinsip kerja dari motor servo DC sama dengan prinsip kerja motor DC brushless.

Motor DC brushless mempunyai empat bagian dasar yaitu rotor, stator, komutator elektronik dan sensor posisi rotor. Pada motor DC konvensional, medan magnet stasionernya dibangkitkan oleh sebuah magnet permanen atau elektromagnetik. Medan ini disebut stator karena sifatnya stasioner, sedangkan catu daya DC diberikan pada armature yang bebas berputar. Pada motor DC brushless justru medan magnetnya yang berputar. Medan magnet ini ditimbulkan oleh magnet permanen yang disebut sebagai rotor. Sedangkan catu daya DC

18 diberikan pada armature atau stator [11]. Gambar 2.10 menunjukkan konstruksi motor DC brushless.

Gambar 2.10 Motor DC Brushless

Dengan melihat pada Gambar 2.11 dapat dijelaskan konsep dasar pemikiran kerja sebuah motor DC brushless.

Gambar 2.11 Motor DC Brushless Dengan Rangkaian Pengendali

Pada Gambar 2.11 kumparan stator diberi label A sampai D. Rotor merupakan permanen magnet dengan polaritas seperti terlihat pada gambar 2.11. Blok A sampai D pada Gambar 2.11 terdiri dari switch-switch yang umumnya berupa transistor atau thyristor. Arus dari power suplai mengalir pada kedua arah melalui kumparan. Misalnya dianggap arus mengalir melalui kumparan A dan C,

19 menyebabkan kutub utara rotor berada dekat dengan kumparan A dan kutub selatan dengan kumparan C. Posisi ini diperjelas dengan melihat Gambar 2.12(a). Selanjutnya dengan arus tetap mengalir pada kumparan A dan C, arus di switch ke B dan D dengan arah seperti terlihat pada Gambar 2.12(b). Rotor motor tersebut akan bergerak meluruskan diri dengan medan resultan total, terlihat pada garis putus-putus. Selanjutnya arus pada kumparan A dan C terputus. Rotor akan terus bergerak sampai pada posisi seperti Gambar 2.12(c). Perhatikan bahwa rotor telah bergerak sejauh 90° [12].

Gambar 2.12 Perputaran Motor DC Brushless

2.8 Regulator Tegangan

Regulator tegangan digunakan untuk menstabilkan keluaran tegangan dari sumber daya atau power supply. Keluaran tegangan dari sumber daya yang belum distabilkan sangat dipengaruhi oleh perubahan tegangan masukan dan perubahan

20 beban. Oleh karena itu, tujuan regulator tegangan adalah mengatasi kedua pengaruh tersebut sehingga diperoleh tegangan keluaran yang stabil.

Regulator tegangan dengan menggunakan komponen utama IC (Integrated Circuit) mempunyai keuntungan karena lebih praktis dan umumnya menghasilkan penstabilan tegangan yang lebih baik. Fungsi-fungsi seperti pengontrol, sampling, komparator, referensi, dan proteksi yang tadinya dikerjakan oleh komponen diskret, sekarang akan dirangkai dan dikemas dalam IC (Integrated Circuit). Ada beberapa jenis IC yang menghasilkan tegangan keluaran tetap baik positif maupun negatif, ada juga yang menghasilkan tegangan keluaran yang bisa diatur [13].

2.8.1 IC LM7805

IC LM7805 merupakan salah satu jenis IC regulator tegangan. IC jenis ini dapat menghasilkan arus keluaran sampai 1 Ampere dan tegangan keluaran sebesar 5 Volt. Selain itu, IC ini juga memiliki fitur proteksi terhadap panas berlebih, proteksi terhadap korsleting dan proteksi daerah aman operasi transistor [14]. Gambar 2.13 menunjukkan IC LM7805.

Gambar 2.13 IC LM7805

21

Gambar 2.14 Diagram Blok IC LM7805

2.8.2 IC LM1117

IC LM1117 merupakan salah satu jenis IC regulator tegangan. LM1117 terdiri dari dua jenis, yaitu IC yang tegangan keluarannya dapat diatur (adjustable voltage) dan IC yang tegangan keluarannya tidak dapat diatur (fixed voltage). Jenis adjustable voltage dapat mengatur tegangan keluaran dari 1.25 V sampai 13.8 V dengan menambahkan dua resistor eksternal, sedangkan jenis fixed voltage memiliki tegangan keluaran 1.8 V, 2.5 V, 2.85 V, 3.3 V, dan 5 V [15]. Gambar 2.15 Menunjukkan IC LM1117.

22

BAB III

PERANCANGAN SISTEM AUTOTRACKING UNTUKANTENA YAGI

FREKUENSI 2.4 GHZ

3.1 Umum

Sistem tracking adalah suatu sistem yang memungkinkan antena untuk mendeteksi dan bergerak ke arah sinyal terkuat secara otomatis. Sistem tracking biasanya digunakan pada komunikasi satelit, dimana satelit bergerak sepanjang waktu dan kesalahan pengarahan haruslah minimal. Sistem ini menggunakan mikrokontroler dan motor untuk menggerakkan antena. Dengan menggunakan sistem tracking maka kuat sinyal yang diterima dapat dipertahankan sehingga tercipta komunikasi yang baik.

Pada bab ini dibahas tentang perancangan sistem autotracking untuk antena Yagi frekuensi 2.4 GHz sebagai antena stasiun penerima. Sistem kontrol yang digunakan pada perancangan adalah mikroprosesor Arduino Mega2560 yang dihubungkan ke motor servo sebagai penggerak antena. Motor servo dipilh karena memiliki torsi yang besar dan lebih mudah untuk dikontrol. Modul radio yang digunakan untuk mengirimkan data adalah Xbee Pro S2B.

3.2 Langkah Pengerjaan Sistem Tracking Sinyal Untuk Antena Yagi 2.4 GHz

Pengerjaan sistem autotracking ini dimulai dari perancangan antena Yagi, selanjutnya akan dilakukan pengkonfigurasian modul radio Xbee Pro S2B, pengukuran nilai threshold, perancangan software untuk tracking, pengukuran

23 parameter hingga pengujian sistem. Perencanaan pengerjaan itu dapat digambarkan dalam diagram alur seperti yang digambarkan pada Gambar 3.1.

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan Sistem Tracking Antena Yagi 2.4 GHz Mulai

Mengumpulkan komponen yang dibutuhkan dan menentukan parameter

sistem

Perancangan antena Yagi 2.4 GHz

Mengkonfigurasikan modul radio Xbee Pro S2B

Selesai Apakah sistem berfungsi sesuai yang diharapkan?

Pengukuran nilai threshold untuk sistem tracking

Merancang software berbasis Arduino untuk sistem tracking

Melakukan pengujian terhadap sistem tracking sinyal

Tidak

24

3.3 Gambaran Umum Sistem

Diagram blok rancang bangun sistem tracking antena Yagi dapat dilihat pada Gambar 3.2.

Xbee Antena Yagi Xbee Arduino

Motor Servo Arduino

Laptop

Muatan

Gambar 3.2 Diagram Blok Sistem Tracking Antena Yagi

Kerja alat ini dimulai dengan pengiriman data dari muatan dengan menggunakan transmitter Xbee Pro S2B. Data kemudian akan diterima oleh receiver Xbee Pro S2B yang terhubung dengan antena Yagi 2.4 GHz. Nilai RSSI (Received Signal Strength Indicator) dari Xbee akan diukur oleh Arduino. Jika nilai RSSI dibawah nilai threshold yang ditetapkan, maka Arduino akan memerintahkan motor servo untuk bergerak. Jika nilai RSSI yang didapatkan melewati nilai threshold, maka Arduino akan memerintahkan motor servo untuk tetap diam hingga nilai RSSI berada dibawah nilai threshold.

3.4 Tracking Antena

Pergerakan muatan dapat menimbulkan masalah pada sisi stasiun bumi. Hal ini terjadi karena untuk dapat menerima data dengan baik, stasiun bumi harus terarah ke muatan. Oleh karena itu, antena stasiun bumi harus memiliki mount

25 yang dapat digerakkan dan sistem tracking. Mount antena yang biasa digunakan adalah EL/AZ mount yang memungkinkan antena untuk digerakkan ke arah atas-bawah dan kiri-kanan. Sistem tracking diperlukan pada situasi dimana sebuah jaringan komunikasi mengharuskan level sinyal yang diterima dan yang dikirimkan berada didalam batas tertentu. Sistem tracking akan mencari arah sinyal terkuat yang dikirimkan oleh muatan sehingga memungkinkan antena stasiun bumi untuk pointing ke muatan [2].

Secara umum, sistem tracking terbagi menjadi 3, yaitu manual tracking, program tracking dan autotracking. Sistem manual tracking adalah sistem yang membutuhkan seorang operator untuk menggerakkan antena sampai didapat sinyal yang maksimal. Program tracking adalah sistem dimana antena digerakkan berdasarkan data-data prediksi lintasan muatan. Data ini bisa berupa data hasil perhitungan komputer maupun data rekaman lintasan muatan dari waktu-waktu sebelumnya. Sistem autoracking antena adalah suatu sistem yang memungkinkan antena stasiun bumi untuk mendeteksi dan bergerak ke arah sinyal terkuat secara otomatis dengan menggunakan sistem kontrol dan motor penggerak. Apabila sinyal yang diterima stasiun bumi menurun, maka sistem kontrol akan mendeteksi lokasi sinyal terkuat dan memberikan perintah agar motor penggerak menngerakkan antena ke arah tersebut [8].

3.5 Alat Pengendali Antena

Pada perancangan Tugas Akhir ini digunakan beberapa perangkat keras yang memiliki fungsi dan kerja masing-masing. Berikut ini adalah gambaran umum tentang perangkat-perangkat keras yang digunakan.

26

3.5.1 Arduino Mega2560

Arduino Mega2560 adalah papan mikrokontroler berbasiskan ATmega2560. Arduino Mega2560 memiliki 54 Pin digital input/output, dimana 14 Pin dapat digunakan sebagai output PWM, 16 Pin sebagai input analog, dan 4 Pin sebagai UART (port serial hardware), sebuah osilator kristal 16 MHz, koneksi USB, jack power, header ICSP, dan tombol reset. Ini semua yang diperlukan untuk mendukung mikrokontroler. Untuk mengaktifkannya, cukup dengan menghubungkannya ke komputer melalui kabel USB atau menggunakan baterai [16]. Papan Arduino Mega2560 dapat dilihat pada Gambar 3.3.

Gambar 3.3 Arduino Mega2560

3.5.2 Motor Servo

Penggunaan sistem kontrol loop tertutup pada motor servo berguna untuk mengontrol gerakan dan posisi akhir dari poros motor servo. Posisi poros output akan di sensor untuk mengetahui posisi poros sudah tepat seperti yang di inginkan. Jika belum, maka kontrol input akan mengirim sinyal kendali untuk membuat posisi poros tersebut tepat pada posisi yang diinginkan. Motor servo mampu bekerja dua arah (clockwise dan counter clockwise) dimana arah dan

27 sudut pergerakan rotornya dapat dikendalikan hanya dengan memberikan pengaturan duty cycle sinyal PWM (Pulse Wide Modulation) pada bagian Pin kontrolnya [10]. Motor servo biasa digunakan dalam aplikasi-aplikasi di industri, selain itu juga digunakan dalam berbagai aplikasi lain seperti pada mobil mainan radio kontrol, robot, pesawat, dan lain sebagainya.

Motor servo dikendalikan dengan memberikan sinyal modulasi lebar pulsa (Pulse Wide Modulation / PWM) melalui kabel kontrol. Lebar pulsa sinyal kontrol yang diberikan akan menentukan posisi sudut putaran dari poros motor servo. Sebagai contoh, lebar pulsa dengan waktu 1,5 ms (mili detik) akan memutar poros motor servo ke posisi sudut 900. Bila pulsa lebih pendek dari 1,5 ms maka akan berputar ke arah posisi 00 atau ke kiri (berlawanan dengan arah jarum jam), sedangkan bila pulsa yang diberikan lebih lama dari 1,5 ms maka poros motor servo akan berputar ke arah posisi 1800 atau ke kanan (searah jarum jam). Pulsa sinyal kontrol untuk motor servo dapat dilihat pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Pulsa Sinyal Kontrol untuk Motor Servo

Ketika lebar pulsa kendali telah diberikan, maka poros motor servo akan bergerak atau berputar ke posisi yang telah diperintahkan, dan berhenti pada posisi tersebut dan akan tetap bertahan pada posisi tersebut. Jika ada kekuatan

28 eksternal yang mencoba memutar atau mengubah posisi tersebut, maka motor servo akan mencoba menahan atau melawan dengan besarnya kekuatan torsi yang dimilikinya. Namun motor servo tidak akan mempertahankan posisinya untuk selamanya, sinyal lebar pulsa kendali harus diulang setiap 20 ms (mili detik) untuk menginstruksikan agar posisi poros motor servo tetap bertahan pada posisinya.

3.6 Modul Radio XBEE PRO S2B

Modul frekuensi radio merupakan sebuah modul wireless embedded yang dapat dengan mudah dihubungkan dengan berbagai macam mikrokontroler. XBee PRO S2B merupakan modul radio frekuensi yang beroperasi pada frekuensi 2.4 GHz. Sesuai datasheet, modul ini memerlukan tegangan suplai 2.7 V sampai dengan 3.6 V. Modul ini memerlukan arus sebesar 205 mA untuk pengiriman data, dan arus sebesar 47 mA untuk penerimaan data [17]. Gambar 3.5 menunjukkan gambar modul radio Xbee Pro S2B 2.4 GHz.

Gambar 3.5 Modul Radio Xbee Pro S2B 2.4 GHz

Modul radio ini merupakan sebuah modul yang terdiri dari RF receiver dan RF transmitter dengan sistem interface serial UART (Universal

29 Asynchronous Receiver Transmitter). Gambar 3.6 menunjukkan aliran data pada sistem yang memiliki interface UART.

Gambar 3.6 Aliran Data Sistem dengan Interface UART

Xbee Pro S2B memiliki 20 Pin, dimana penjelasan mengenai fungsi dari setiap Pin dapat dilihat pada Tabel 3.1.

Tabel 3.1 Konfigurasi Pin Modul Radio Xbee Pro S2B

Pin Name Description

1 VCC Power Supply

2 DOUT UART Data Out

3 DIN /

CONFIG UART Data In

4

DO8 Digital Output 8 5 RESET Modul Reset (reset pulse

must be at least 200 ns)

6 PWM0 /

RSSI

PWM Output 0 / RX Signal Strength Indicator

7 PWM1 PWM Output 1

8 [reserved] Do Not Connected

9

DTR / SLEEP_RQ /

DI8

Pin Sleep Control Line or Digital Input 8

10 GND Ground

12 CTS / DIO7 Clear to Send Flow Control or digital I/O 7

30

Tabel 3.1 Lanjutan

Pin Name Description

13 ON / SLEEP Modul Status Indicator 14 VREF Voltage Reference for

A/D Inputs 15 Associate /

AD5 / DIO5

Associated Indicator, Analog Input 5 or digital

I/O 5 16 RTS / AD6 /

DIO6

Request to Send Flow Control, Analog Input 6

or digital I/O 6 17 AD3 / DIO3 Analog Input 3 or digital

I/O 3

18 AD2/DIO2 Analog Input 2 or digital I/O 2

19 AD1/DIO1 Analog Input 1 or digital I/O 1

20 AD0/DIO0 Analog Input 0 or digital I/O 0

3.7 RSSI (Received Signal Strength Indicator)

Kuat sinyal dipengaruhi oleh beberapa faktor, seperti daya keluaran pengirim, sensitivitas dari penerima, gain dari kedua antena dan atenuasi dari sinyal [18]. Terdapat 4 unit pengukuran yang dapat digunakan untuk mempresentasikan kuat sinyal, yaitu mW (milliwatt), dBm (db milliwatt), RSSI (Received Signal Strength Indicator) dan pengukuran dalam Persentase. RSSI merupakan standar untuk mengukur kuat sinyal yang ditetapkan oleh IEEE 802.11.

RSSI adalah suatu indikator yang menunjukkan kuat sinyal yang diterima oleh antena dengan rentang nilai 0 - RSSI maksimum. Semakin tinggi nilai RSSI maka semakin kuat sinyal yang diterima [19]. IEEE 802.11 tidak menetapkan standar untuk pengukuran nilai RSSI, karena itu setiap vendor NIC (Network

31 Interface Card) 802.11 memiliki nilai RSSI maksimum tersendiri. Contohnya, RSSI maksimum dari Cisco adalah 100 dan RSSI maksimum dari Aetheros adalah 60.

3.8 Perancangan Perangkat Keras

Rangkaian untuk sistem tracking antena Yagi 2.4 GHz dapat dilihat pada Gambar 3.7.

32 Pada sisi penerima, pin Dout Xbee (pin 2 pada gambar) yang berfungsi untuk mengirimkan data, terhubung ke pindigital 19 (Rx1) dan pinDin pada Xbee (pin 3 pada gambar) terhubung ke pin digital 18 (Tx1) pada Arduino. Pin RSSI (pin 6) Xbee, terhubung ke pin digital 12 Arduino dan pin GND (pin 10) pada Xbee tehubung dengan ground dari Arduino. Xbee mendapatkan catu daya dari pin 3.3V Arduino.

Motor servo memiliki 3 pin,yaitu pinVCC , pin PWM, dan pinGND. Pin VCC motor servo akan terhubung ke pin 5V dari arduino,pin PWM motor servo terhubung ke pin digital 9 Arduino dan pin GND motor servo akan terhubung ke GND Arduino. Gambar 3.8 menunjukkan alat tracking muatan pada sisi penerima.

Gambar 3.8 Alat Tracking Muatan Menggunakan Antena Yagi

Muatan (payload) yang digunakan terdiri dari modul radio Xbee Pro S2B dan Arduino. Muatan akan mengirimkan data ke antena stasiun penerima. Gambar

33 3.9 menunjukkan muatan yang akan di tracking oleh sistem autotracking antenna Yagi 2.4 GHz.

Gambar 3.9 Muatan Sistem Tracking

3.9 Perancangan Perangkat Lunak

Perangkat lunak dibuat dengan menggunakan bahasa pemrograman untuk Arduino. Diagram alir perangkat lunak yang dirancang untuk sistem autotracking antena Yagi dapat dilihat pada Gambar 3.10. Ketika alat ini diberi daya, Arduino Mega2560 akan menginisialisasi variabel yang akan digunakan dalam program dan memulai komunikasi serial. Jika ada data yang dikirimkan, maka Arduino akan mengukur nilai RSSI. Jika nilai RSSI yang didapatkan lebih kecil dari nilai threshold yang telah ditetapkan, maka motor servo akan bergerak. Motor servo bergerak dari sudut 00-1800 dan sebaliknya. Motor servo akan berhenti jika nilai RSSI lebih besar daripada nilai threshold. Source code untuk sistem tracking muatan dapat dilihat pada lampiran 1.

34 Mulai Membuka serial port Menginisialisasi motor servo Mengukur nilai RSSI Apakah ada data diterima? 1 1

Apakah RSSI < threshold?

Motor servo bergerak Baca serial port

Tampilkan nilai RSSI dan posisi motor servo

Apakah RSSI > threshold Mengukur nilai RSSI kembali Selesai 2 2 2 Menunggu data Ya Tidak Ya Tidak Tidak Ya

35

3.10 Konfigurasi Xbee

Konfigurasi kedua xbee dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak XCTU yang dikembangkan oleh Digi International. Parameter yang dikonfigurasi antara lain :

 PAN ID (ID) yaitu identitas PAN (Personal Area Network) dimana xbee harus terhubung. Hanya modul-modul dengan PAN ID yang sama yang dapat saling berkomunikasi.

 Scan Channels (SC) yaitu mengatur dan membaca daftar kanal.

 Destination Address High (DH) yaitu mengatur dan membaca 32 bit atas dari 64 bit alamat modul tujuan.

 Destination Address Low (DL) yaitu mengatur dan membaca 32 bit bawah dari 64 bit alamat modul tujuan. Parameter ini diisi dengan alamat modul tujuan. DH dan DL disatukan untuk mendefinisikan alamat tujuan yang digunakan untuk transmisi.

36

BAB IV

PENGUJIAN DAN ANALISIS SISTEM

4.1 Umum

Di dalam bab ini akan dilakukan pengujian terhadap rancangan sistem autotracking untuk antena Yagi frekuensi 2.4 GHz. Pengujian yang dilakukan pada rancangan sistem ini bertujuan untuk mengetahui proses kerja, kinerja, dan hasil sistem apakah telah bekerja sesuai dengan yang diharapkan atau tidak. Muatan yang digunakan terdiri dari modul radio Xbee Pro S2B dan mikrokontroler Arduino. Muatan ini akan mengirimkan data ke antena stasiun penerima melalui frekuensi komunikasi 2.4 GHz. Pengujian dilakukan dengan cara mengubah-ubah posisi dari muatan, dimana untuk setiap posisi dilakukan lima kali percobaan. Selanjutnya akan dilihat berapa besar kesalahan pengarahan antena stasiun penerima terhadap muatan. Skema pengujian sistem autotracking dapat dilihat pada Gambar 4.1.

α

Titik Acuan

0° 180°

270°

P1 P2

P3

Muatan

Muatan

Muatan

Gambar 4.1 Skema Pengujian Sistem Autotracking Untuk Antena Unidirectional 2.4 GHz

37 Mula-mula muatan berada pada sudut hadap 400 dari antena, kemudian muatan dipindahkan ke sudut hadap 900 lalu muatan dipindah ke sudut hadap 1400 dari antena.

4.2 Hasil Pengujian Sistem

Pada Tugas Akhir ini dilakukan pengujian terhadap akurasi pengarahan dari sistem autotracking yang dirancang. Berikut ini hasil pengujian yang didapat dari sistem autotracking menggunakan antena Yagi 2.4 GHz.

4.2.1 Muatan Pada Posisi 400 dari Antena

Hasil pengarahan antena untuk muatan pada sudut 400 dapat dilihat pada Gambar 4.2.

Gambar 4.2 Pengarahan Antena Untuk Muatan Pada Sudut 400

Gambar 4.3 menunujukkan hasil pengujian sistem autotracking untuk muatan pada sudut 400 yang dilakukan pada Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara Medan.

38

Gambar 4.3 Hasil Pengujian Sistem Autoracking Pada Sudut 400

Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Sistem Autotracking Muatan Pada Posisi 400 Percobaan Sudut awal

(0)

Sudut akhir (0)

Kesalahan Pengarahan (0)

Nilai RSSI

1 0 48 8 157

2 0 55 15 152

3 0 43 3 161

4 0 36 4 161

5 0 52 12 153

Rata-rata 0 45 8,2 156,8

Tampilan data pada grafik untuk hasil tracking muatan pada posisi 400 dapat dilihat pada Gambar 4.4.

Gambar 4.4 Grafik Pengujian Sistem Autotracking Pada Posisi 400

0 10 20 30 40 50 60

1 2 3 4 5

S u d u t ( 0) Percobaan

Sudut awal ⁰ Sudut akhir ⁰

Kesalahan

Pengarahan ⁰ Sudut Referensi ⁰

39

4.2.2 Muatan Pada Posisi 900 dari Antena

Hasil pengarahan antena untuk muatan pada sudut 400 dapat dilihat pada Gambar 4.5.

Gambar 4.5 Pengarahan Antena Untuk Muatan pada sudut 900

Gambar 4.6 menunjukkan hasil pengujian sistem autotracking untuk muatan pada sudut 900 yang dilakukan pada Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara Medan.

Gambar 4.6 Hasil Pengujian Sistem Autotracking Pada Sudut 900

Hasil pengujian sistem autotracking muatan untuk antena Yagi 2.4 GHz dapat dilihat pada Tabel 4.2.

40

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Sistem Autotracking Muatan Pada Posisi 900 Percobaan Sudut awal

(0)

Sudut akhir (0)

Kesalahan Pengarahan (0)

Nilai RSSI

1 0 98 8 154

2 0 87 3 159

3 0 93 3 162

4 0 81 9 158

5 0 103 13 152

Rata-rata 0 93 7,2 157

Tampilan data pada grafik untuk hasil tracking muatan pada posisi 900 dapat dilihat pada Gambar 4.7.

Gambar 4.7 Grafik Pengujian Sistem Autotracking Pada Posisi 900

4.2.3 Muatan Pada Posisi 1400 dari Antena

Hasil pengarahan antena untuk muatan pada sudut 400 dapat dilihat pada Gambar 4.8.

Gambar 4.8 Pengarahan Antena Untuk Muatan Pada Sudut 1400

0 20 40 60 80 100 120

1 2 3 4 5

S u d u t ( 0) Percobaan

Sudut awal ⁰ Sudut akhir ⁰

Kesalahan

Pengarahan ⁰ Sudut Referensi ⁰

41 Gambar 4.9 menunujukkan hasil pengujian sistem autotracking untuk muatan pada sudut 1400 yang dilakukan pada Laboratorium Sistem Komunikasi Radio Departemen Teknik Elektro Universitas Sumatera Utara Medan.

Gambar 4.9 Hasil Pengujian Sistem A_{utoracking Pada Sudut 140}0

Hasil pengujian dapat dilihat pada Tabel 4.3.

Tabel 4.3 Hasil Pengujian Sistem Autotracking Muatan Pada Posisi 1400 Percobaan Sudut awal

(0)

Sudut akhir (0)

Kesalahan Pengarahan (0)

Nilai RSSI

1 0 127 13 153

2 0 146 6 160

3 0 138 2 162

4 0 147 7 157

5 0 154 14 151

Rata-rata 0 142 8,4 156,6

Tampilan data pada grafik untuk hasil tracking muatan pada posisi 1400 dapat dilihat pada Gambar 4.10.

Gambar 4.10 Grafik Pengujian Sistem Autotracking Pada Posisi 1400

0 50 100 150 200

1 2 3 4 5

S u d u t ( 0) Percobaan

Sudut awal ⁰ Sudut akhir ⁰

Kesalahan

Pengarahan ⁰ Sudut Referensi ⁰

42

4.3 Analisis Data

Berikut ini adalah analisis dari hasil pengujian sistem autotracking dengan menggunakan antena Yagi 2.4 GHz. Untuk muatan berada pada sudut 400, dari 5 kali percobaan didapat kesalahan pengarahan terbesar adalah 150 dan kesalahan pengarahan terkecil adalah 30. Beragamnya kesalahan pengarahan yang didapat dikarenakan kecilnya perbedaan nilai RSSI antar sudut antena. Rata-rata kesalahan pengarahan yang didapat adalah 8,20 dengan rata-rata RSSI adalah 156,8.

Untuk muatan berada pada sudut 900 dari antena, dari 5 kali percobaan didapat kesalahan pengarahan terbesar adalah 130 dan kesalahan pengarahan terkecil adalah 30. Beragamnya kesalahan pengarahan yang didapat dikarenakan kecilnya perbedaan nilai RSSI antar sudut antena. Rata-rata kesalahan pengarahan yang didapat adalah 7,20 dengan rata-rata RSSI adalah 157.

Untuk muatan berada pada sudut 1400 dari antena, dari 5 kali percobaan didapat kesalahan pengarahan terbesar adalah 140 dan kesalahan pengarahan terkecil adalah 20. Beragamnya kesalahan pengarahan yang didapat dikarenakan kecilnya perbedaan nilai RSSI antar sudut antena. Rata-rata kesalahan pengarahan yang didapat adalah 8,40 dengan rata-rata RSSI adalah 156,6.

43

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari hasil yang telah diperoleh, maka dapat ditarik kesimpulan :

1. Kesalahan pengarahan rata-rata dari sistem autotracking yang dirancang adalah < 90, dimana kesalahan pengarahan terbesar adalah 150 dan kesalahan pengarahan terkecil adalah 20.

2. Nilai RSSI rata-rata yang didapatkan adalah 156,8 untuk muatan pada sudut 400 dari antena, 157 untuk muatan pada sudut 900 dari antena, dan 156,6 untuk muatan pada sudut 1400 dari antena.

3. Perbedaan nilai RSSI antar sudut yang didapat terlalu kecil sehingga menyebabkan akurasi sistem autotracking yang dirancang berkurang. 4. Mount antena yang tidak kuat menyebabkan antena bergeser dari titik

yang seharusnya sehingga menimbulkan kesalahan pengarahan

5.2 Saran

Untuk mengembangkan Tugas Akhir ini ke depan diharapkan: 1. Dilakukan pengujian pengaruh jarak terhadap sistem tracking. 2. Sebaiknya digunakan antena dengan beamwidth yang kecil. 3. Melakukan pengujian sistem autotracking untuk sudut elevasi.

4. Membuat rancang bangun sistem autotracking untuk antena unidirectional dengan menggunakan GPS (Global Positioning System).

xi

DAFTAR PUSTAKA

[1] Butler, Jane, et al. 2013. Wireless Networking In The Development World. 3rd Edition.

[2] Sidharta, Himawan. 2009. “Rancang Bangun Perangkat Lunak Sistem

Autotracking Satellite Antenna Mobile”. Universitas Indonesia. Depok. [3] Program Teknisi Jardiknas, 25 Februari 2011, Antena Dan Propagasi

Gelombang Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158.

[4] Balanis, Constantine A. 2005. Antenna Theory : Analysis and Design. 3rd Edition. US: John Wiley & Sons.

[5] Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip dan Aplikasi. Yogyakarta: Graha Ilmu.

[6] Siregar, Mutiara Sofia. 2009. “Rancang Bangun Antena Wajanbolik 2,4 Ghz Untuk Jaringan Wireless Lan”. Laporan Tugas Akhir. Universitas Sumatera Utara.

[7] Wowok.2008. Antena Wireless Untuk Rakyat.Yogyakarta: Andi.

[8] Roddy, Dennis. 2006. Satellite Communications. 4th Edition. New York: McGraw-Hill.

[9] Maral, Gerard, and Michael Bousquet. 2000. Satellite Communications Systems : Systems, Technique and Technology. 3rd Edition. New York: John Wiley & Sons.

[10] Yagusandri, Ariel. 2012. “Rancang Bangun Prototipe Sistem Aktuator

xii [11] yedamale, Padmaraja. 2003. Brushless DC Motor Fundamentals. US:

Microchip Technology, Inc.

[12] Humphries, James T. 1990. Motors and Controls. New York ; Maxwell Macmillan Publishing Company.

[13] Surjono, Herman Dwi. 2009. Elektronika Lanjut. Jember: CERDAS ULET KREATIF.

[14] Anonymous. 2014. LM78XX / LM78XXA 3 Terminal 1A Positive Voltage Regulator. Fairchild.

[15] Anonymous. 2000. LM1117 800mA Low-Dropout Linear Regulator. National Semiconductor

[16] http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560. Diakses pada tanggal 21 februari 2014

[17] Anonymous. 2009. Xbee/Xbee Pro RF Modules. Digi International.

[18] http://www.veris.com/docs/whitePaper/vwp18_RSSI_RevA.pdf. Diakses pada tanggal 9 maret 2015

[19] Bardwell, Joe. 2002. Converting Signal Strength Percentage to dBm Values. California: WildPackets, Inc.

Lampiran 1. Source Code Sistem Autotracking Muatan

#include <Servo.h>

int digitalPin = 12; // Pin RSSI Xbee terhubung ke pin digital 12 pada arduino int rssiDur;

Servo myservo; int a;

void setup() {

Serial.begin(9600); // Koneksi antara arduino dan PC Serial1.begin(115200); // Koneksi Xbee dan arduino myservo.attach(9);

}

void loop() {

if(Serial1.available() >= 21) // Mengecek jika ada data yang dikirimkan {

if(Serial1.read() == 0x7E) // Membaca start byte {

for(int i = 1; i < 19; i++) {

byte discardByte = Serial1.read();

rssiDur = pulseIn(digitalPin, HIGH, 200); // Mendapatkan nilai RSSI delay (100);

}

if (rssiDur < 150) {

for (a = 0; a < 180; a += 1) { myservo.write(a); delay(25)

Serial.Print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.println(" || mencari muatan..."); rssiDur = pulseIn(digitalPin, HIGH, 200); if (rssiDur > 150)

{

Serial.print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.print("Muatan berada pada posisi : "); Serial.println(myservo.read());

delay (2000); // antena berhenti selama 2 detik }

}

for (a = 180; a > 0; a -= 1) {

myservo.write (a); delay (25);

Serial.Print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.println(" || mencari muatan..."); rssiDur = pulseIn(digitalPin, HIGH, 200); if (rssiDur > 150)

{

Serial.print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.print("Muatan berada pada posisi : "); Serial.println(myservo.read());

delay (2000); // antena berhenti selama 2 detik }

} }

if (rssiDur > 150) {

Serial.print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.print("Muatan berada pada posisi : "); Serial.println(myservo.read());

delay (2000); // antena berhenti selama 2 detik }

} } }

43

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1

Kesimpulan

Dari hasil yang telah diperoleh, maka dapat ditarik kesimpulan :

1.

Kesalahan pengarahan rata-rata dari sistem

autotracking yang

dirancang adalah < 9

0

, dimana kesalahan pengarahan terbesar adalah

15

0

dan kesalahan pengarahan terkecil adalah 2

0

.

2.

Nilai RSSI rata-rata yang didapatkan adalah 156,8 untuk muatan pada

sudut 40

0

dari antena, 157 untuk muatan pada sudut 90

0

dari antena,

dan 156,6 untuk muatan pada sudut 140

0

dari antena.

3.

Perbedaan nilai RSSI antar sudut yang didapat terlalu kecil sehingga

menyebabkan akurasi sistem autotracking yang dirancang berkurang.

4.

Mount

antena yang tidak kuat menyebabkan antena bergeser dari titik

yang seharusnya sehingga menimbulkan kesalahan pengarahan

5.2

Saran

Untuk mengembangkan Tugas Akhir ini ke depan diharapkan:

1.

Dilakukan pengujian pengaruh jarak terhadap sistem tracking.

2.

Sebaiknya digunakan antena dengan beamwidth yang kecil.

3.

Melakukan pengujian sistem autotracking untuk sudut elevasi.

4.

Membuat rancang bangun sistem

autotracking

untuk antena

unidirectional

dengan menggunakan GPS (Global Positioning

System).

xi

DAFTAR PUSTAKA

[1]

Butler, Jane, et al. 2013. Wireless Networking In The Development World.

3

rd

Edition.

[2]

Sidharta, Himawan. 2009. “

Rancang Bangun Perangkat Lunak Sistem

Autotracking Satellite Antenna Mobile”

. Universitas Indonesia. Depok.

[3]

Program Teknisi Jardiknas, 25 Februari 2011,

Antena Dan Propagasi

Gelombang Radio. http://oc.its.ac.id/ambilfile.php?idp=158.

[4]

Balanis, Constantine A. 2005. Antenna Theory : Analysis and Design. 3

rd

Edition. US: John Wiley & Sons.

[5]

Alaydrus, Mudrik. 2011. Antena Prinsip dan Aplikasi. Yogyakarta: Graha

Ilmu.

[6]

Siregar, Mutiara Sofia. 2009.

“

Rancang Bangun Antena Wajanbolik 2,4

Ghz Untuk Jaringan Wireless Lan

”

. Laporan Tugas Akhir. Universitas

Sumatera Utara.

[7]

Wowok.2008. Antena Wireless Untuk Rakyat.Yogyakarta: Andi.

[8]

Roddy, Dennis. 2006.

Satellite Communications. 4

th

Edition. New York:

McGraw-Hill.

[9]

Maral, Gerard, and Michael Bousquet. 2000.

Satellite Communications

Systems : Systems, Technique and Technology. 3

rd

Edition. New York:

John Wiley & Sons.

[10]

Yagusandri, Ariel. 2012. “

Rancang Bangun Prototipe Sistem Aktuator

xii

[11]

yedamale, Padmaraja. 2003.

Brushless DC Motor Fundamentals. US:

Microchip Technology, Inc.

[12]

Humphries, James T. 1990. Motors and Controls. New York ; Maxwell

Macmillan Publishing Company.

[13]

Surjono, Herman Dwi. 2009. Elektronika Lanjut. Jember: CERDAS ULET

KREATIF.

[14]

Anonymous. 2014.

LM78XX / LM78XXA 3 Terminal 1A Positive Voltage

Regulator. Fairchild.

[15]

Anonymous. 2000.

LM1117 800mA Low-Dropout Linear Regulator.

National Semiconductor

[16]

http://arduino.cc/en/Main/ArduinoBoardMega2560. Diakses pada tanggal

21 februari 2014

[17]

Anonymous. 2009. Xbee/Xbee Pro RF Modules. Digi International.

[18]

http://www.veris.com/docs/whitePaper/vwp18_RSSI_RevA.pdf. Diakses

pada tanggal 9 maret 2015

[19]

Bardwell, Joe. 2002.

Converting Signal Strength Percentage to dBm

Values. California: WildPackets, Inc.

Lampiran 1. Source Code Sistem Autotracking Muatan

#include <Servo.h>

int digitalPin = 12; // Pin RSSI Xbee terhubung ke pin digital 12 pada arduino int rssiDur;

Servo myservo; int a;

void setup() {

Serial.begin(9600); // Koneksi antara arduino dan PC Serial1.begin(115200); // Koneksi Xbee dan arduino myservo.attach(9);

}

void loop() {

if(Serial1.available() >= 21) // Mengecek jika ada data yang dikirimkan {

if(Serial1.read() == 0x7E) // Membaca start byte {

for(int i = 1; i < 19; i++) {

byte discardByte = Serial1.read();

rssiDur = pulseIn(digitalPin, HIGH, 200); // Mendapatkan nilai RSSI delay (100);

}

if (rssiDur < 150) {

for (a = 0; a < 180; a += 1) { myservo.write(a); delay(25)

Serial.Print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.println(" || mencari muatan..."); rssiDur = pulseIn(digitalPin, HIGH, 200); if (rssiDur > 150)

{

Serial.print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.print("Muatan berada pada posisi : "); Serial.println(myservo.read());

delay (2000); // antena berhenti selama 2 detik }

}

for (a = 180; a > 0; a -= 1) {

myservo.write (a); delay (25);

Serial.Print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.println(" || mencari muatan..."); rssiDur = pulseIn(digitalPin, HIGH, 200); if (rssiDur > 150)

{

Serial.print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.print("Muatan berada pada posisi : "); Serial.println(myservo.read());

delay (2000); // antena berhenti selama 2 detik }

} }

if (rssiDur > 150) {

Serial.print("Nilai RSSI : "); Serial.print(rssiDur);

Serial.print("Muatan berada pada posisi : "); Serial.println(myservo.read());

delay (2000); // antena berhenti selama 2 detik }

} } }